X射線熒光光譜法測定純鋁制品中的主要雜質元素

曹愛青

(濟鋼集團有限公司，濟南 250101)

0 引言

鋁制品的檢測方法大多采用經典的濕法化學分析、電感耦合等離子體原子發射光譜[1]、直讀發射光譜法、紅外光譜法[2-3]等。用化學分析法分析純鋁制品，方法繁瑣，時間冗長，投入的人力物力較多；直讀光譜法雖說可在較短時間內報出結果，但是需用塊狀樣品，且光譜儀需要特定的基于鋁基的分析通道和分析程序。對于鋁粒、鋁線等小樣品的檢測，由于制樣或者分析程序的問題，使得前述幾種檢測方法受到很大程度的限制。

X射線熒光光譜分析法是通過測量試樣中某元素特征X射線的強度，采用適當的方法進行校準與校正，求出該元素在試樣中的百分含量。該分析儀器有“非破壞”、“快速”、“高精度”和“低成本”的特點，而且分析元素范圍廣，測定元素的含量范圍寬[4-6]，但是，由于樣品大小及形狀的影響，使X射線熒光光譜分析儀的檢測受到極大的限制。因此可通過改善制樣方法，制成適合該設備的分析樣品，創建分析方法，用X射線熒光光譜法測定純鋁制品中各元素的含量。

1 實驗部分

1.1 主要儀器及測量條件

ZSX Primus X射線熒光光譜儀(株式會社理學)：端窗銠靶，真空光路，不加過濾片，電壓40 kV，電流60 mA，其它優化條件見表1。

表1 X射線熒光光譜儀測量條件Table 1 Instrument operating conditions

1.2 樣品制備

樣品制備是X射線熒光光譜法分析的關鍵，很多物料由于不能處理成適用于X射線熒光光譜分析的樣品而限制了X射線熒光光譜分析法的應用。該設備要求，試樣直徑介于30～51 mm，厚度小于40 mm。

現場取回的純鋁制品形狀多樣且大小不一，對于塊狀樣品，可直接用高速試樣切割機分切，對于鋁線、鋁粒等小樣品可通過高溫熔融，制成塊狀樣品，打磨出符合要求的分析表面，以適應X射線熒光光譜儀分析的要求。

制出的試樣，要求X射線的分析表面不能出現多孔質表面，也不能出現氣孔、大塊析出物和表面臟污等現象。

1.3 曲線繪制

X射線熒光光譜分析法一般采用相對比較法進行，在實際檢測的過程中發現，所有樣品或多或少都會受到共存元素的影響。該實驗選用了兩套基體與被測樣品相同且組分相近的標準樣品，以減少共存元素的影響并避免樣品固有的誤差因素。完成標準樣品的測量以后，用校正程序對各組分進行計算，在回歸計算時，分別對Fe，Si，Mg，Zn，Ni，V等元素做了吸收增強或重疊干擾的校正，各元素的校正曲線線性較好。圖1～4是幾種典型元素經過校正后的分析曲線。

圖1 Fe元素的校正曲線 Figure 1 Calibration curve of Fe.

圖2 Si元素的校正曲線 Figure 2 Calibration curve of Si.

圖3 Mg元素的校正曲線 Figure 3 Calibration curve of Mg.

圖4 Mn元素的校正曲線 Figure 4 Calibration curve of Mn.

2 結果與討論

2.1 樣品處理

標準樣品的表面處理與被測樣品需要完全一致。所制備的樣品表面要均勻。如果不均勻且當樣品不旋轉時，測量強度會隨樣品的放置方向而變化。此時，在分析樣品時，應設置樣品旋轉。

2.2 電壓與電流的選擇

X射線發生器是給X射線管提供高壓的裝置，總功率一般為3 kW(或4 kW)，高壓與電流通常是20～60 kV與2～100 mA。外加電壓太高會使背景增大，信噪比變小，一般選擇40～60 kV，通過實驗確定電壓為40 kV。在低壓下通大電流，燈絲加熱異常，會有燒斷的危險，再者X射線管的最大負荷也有限制，實驗確定電流為60 mA。

2.3 精密度實驗

選擇一塊試樣，用分析純鋁程序連續測定7次，結果如表2所示。

表2 精密度實驗結果Table 2 Precision test of the method /%

2.4 準確度實驗

按照確定的分析方法，測定標準樣品與隨機抽取的兩批被測樣品，與ICP-AES法的數據進行了比對。ICP-AES法所用樣品是被測樣品熔融前制取的屑狀樣品，X射線熒光光譜法所用樣品則是制取屑狀樣品后剩余的被測樣品，測定結果見表3。

表3 分析結果對照Table 3 Comparsion of analytical results /%

由表3數據看出，X射線熒光光譜分析法測定的標準樣品的結果與推薦值基本一致；測定的被測樣品中各元素的測定結果與ICP-AES法測得的結果基本一致。可以說明，X射線熒光光譜法結果可靠。

3 結論

用X射線熒光光譜儀進行純鋁制品中各化學成分的檢測方法，精密度好，準確度高，該方法操作簡單易于掌握，與化學法、電感耦合等離子體原子發射光譜法比較，大大縮短了分析時間，更能適應生產快速檢驗的需要。

[1] 蔣蘇瓊,張忠亭,鄧飛躍.電感耦合等離子體發射光譜法(ICP-AES)測定鋁-鈦-硼合金中10種元素[J].中國無機分析化學,2011,1(1):65-68.

[2] 鐘華.脈沖加熱-紅外吸收光譜法測定釩鋁合金中氫[J].中國無機分析化學,2013,3(2):56-59.

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[4] 章連香,符 斌.X-射線熒光光譜分析技術的發展[J].中國無機分析化學,2013,3(3):1-7.

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[6] 吳巖青,徐海.X射線熒光光譜法測定超硬鋁合金中成分[J].理化檢驗:化學分冊,2005,41(1):28-29.